小麦叶锈菌生理分化研究中的问题和改进意见

Stakman建立的用鉴别寄主鉴定锈菌生理小种的方法对抗病育种曾起了很大的作用,然而实践证明还存在不少问题。(1)生物间遗传学指出,Stakman建立的方法。其观点偏重于锈菌分类,而忽视寄主和病原物的相互作用。所以所用的鉴别寄主仅注意其鉴别作用,可与生产毫无关系,可以鉴定出许多小种,而不知道它们与生产有关的品种有什么关系。(2)在自然间寄主和病原物是以群体对群体起相互作用的,而传统研究是研究个体与个体的关系。此外,小种内存在变异性,被鉴定为同一小种的不同菌株的毒性不一定相同,任意选择一个菌株来测定品种的抗病性未必有代表性,用这种方法测出的抗病品种推广出去就容易引起抗病性丧失问题。(3)在不同生态条件下形成的锈菌的群体毒性不一定相同,这种毒性不同的类群我们称为生态类群。过去的小麦品种抗病性测定工作多在局限的条件下用人工接种进行。把用这种方法测出的抗病品种推广到广大的锈菌群体中去,也容易引起抗病性丧失问题。我们赞成今后研究小麦锈病应有群体观点,用毒力频率,毒力组合,抗性组合等方法来研究小麦群体和锈病群体的关系。应有生态观点,用异地鉴定来监测锈菌毒性和品种抗性的变异。应有进化观点,以基因鉴定来代替小种鉴定,把寄主的病原物相互作用研究放在遗传学基础上。在利用已知基因作鉴别寄主方面,虽然抗原的抗性基因可与Lr近等基因系的相同,但由于表现型相同基因型不一定相同,所以这两种材料都得同时采用,不能互相代替。抗性基因鉴定是复杂的。一般认为阿芙乐尔会有Lr26基因。Bastos认为除Lr26外,还有Lr3。杨文香认为除Lr26和Lr3外,还有Lrl4a。又Bastos认为洛夫林13含有Lr26和Lr3,相文香认为只含有Lr24,检查不到Lr3。     

我国小麦叶锈菌小种60的毒性异质性与抗锈性测定方法的改进

把来自河南、陕西、新疆等8个省、区小麦叶锈菌小种60的16个菌株用8个或16个抗病品种鉴定,可分为4个或6个毒性不同的类型,证明被鉴定是同一小种的各菌株间的毒性不一定相同,而且可以有很大差别。通过毒力频率分析可以看出,用单个菌株对14个品种测定,有许多品种是抵抗的,但把16个菌株作为一个群体来测定,就没有一个品种是抵抗的。为此,建议用同小种的不同菌株的混合群体来测定品种的抗锈性。本研究也指出研究寄主和病原物的相互作用。比先鉴定小种后测定品种要好。     

甘蔗品种与黑穗病菌的互作分析

本文从小种鉴定与品种抗病性测定、小种的区域性变动、互作群体的选择作用等方面对甘蔗品种与黑穗病菌的相互作用作了辨证分析，强调指出今后甘蔗抗黑穗病遗传育种研究应有群体观点、生态观点和进化观点，这对于制定甘蔗抗黑穗病育种策略具有重要指导意义。     

对于研究锈菌生理小种的变革意见

按斯塔克曼(Stakman)建立的用鉴别寄主鉴定锈菌生理小种的概念和方法存在许多问题。主要缺点是所分析的结果,掩盖了寄主和病原物的相互作用,不利于更有效地为抗病育种提供情报和妨碍生物间遗传学研究的发展。本叶锈病研究组的试验结果指出,被鉴定为同小种的不同菌株,其毒力不一定相同。本组用河北省的叶锈菌测河北省的主要小麦品种和抗源和用毒力频率来表示,对抗病育种工作者直接提供小麦品种和叶锈菌小种的相互作用,比单纯提供用编号命名的小种名单要有用得多。通过毒性公式的分析,还可以了解叶锈菌的毒性组合和小麦品种的抗性组合。     

毒力频率在小麦抗叶锈性研究中的运用和发展

本文阐述了在研究小麦寄主和叶锈菌之间的相互关系时,用毒力频率的研究方法来代替分小种测定小麦抗叶锈性方法的优越性。我科研组采取毒力频率来研究河北省小麦品种和河北省叶锈菌的相互作用,我们认为:这种研究方法能直接反应品种与菌株之间相互作用的情况,对生产者和抗病育种工作者提供的信息,要比小麦叶锈菌小种鉴定提供的以编号对小种命名的小种名单要有用得多。毒力频率研究法目前也被应用于小麦白粉病和稻瘟病。     

陕西省小麦品种与陕西省不同年份的叶锈菌群体的相互作用研究

用来自陕西省1982—1987年6年的146个小麦叶锈菌株分别对陕西省34个小麦品种接种,分析毒力频率、毒性公式、联合抗病性。结果表明①目前大面积推广的18个生产品种中有13个高感叶锈病,占72.2%。②在12个抗源材料中,有9个对抗叶锈没有利用价值。③用不同年份的菌株进行试验所得的毒力频率、毒性公式和联合抗病性的结果都有差异,因此对同一地区不同年份研究小麦品种与叶锈菌群体的相互作用应具有“时态观点”。     

中国小麦条锈菌群体毒性变异研究

 利用1957-1992年对我国21714份小麦条锈菌标样的鉴定资料，分析了不同时期优势小种的演变对小麦品种抗性“丧失”的影响，初步研究条锈菌群体毒性结构变化与品种抗性变异的协同演化关系。通过分析我国条锈菌群体毒性组成的空间格局，进一步揭示不同流行区系主要菌系的类型与消长动态存有明显差异，它与该区条锈病菌侵染循环特点、抗病品种布局及特异性的地理环境密切相关。利用国际/欧洲鉴别寄主及辅助鉴别寄主测定了12个中国条锈菌模式菌系的毒性基因型，并分析了7个主要流行菌系对分别具有Yr11-18抗病基因的小麦品种的成株毒性，显示抗病基因Yr3b、4b，Yr5，Yr10-18等12个已知基因对我国当前的条锈菌具有抗性。     

河北、河南两省小麦品种与两省小麦叶锈菌相互作用研究

本研究是用生物间遗传学的观点和方法,继续研究两个邻近省即河北、河南两省小麦品种与两省叶锈菌的相互作用。通过两省54个小麦品种与161个叶锈菌株的相互作用研究,可以看出在河北省已推广的品种中,如冀麦2号等的毒力频率值为100%,严重感染叶锈病。其他品种如丰抗8号等毒力频率值为22.5—29.2%,对两省的叶锈菌的抗性都较好。河南省已推广的品种中除百农3217和郑6辐的毒力频率值为66.7—68%属中度感病外,其余如郑州681等的毒力频率值为82.0—99.4%,都表现高度感病。用河北、河南两省叶锈菌株对两省小麦品种进行交互接种,两省的叶锈菌所表现的平均毒力频率值分别为53.8%和53%,说明两个邻近省的叶锈菌群体在总的毒性方面是相似的,但对具体的小麦品种,两省叶锈菌群体所表现的毒性可以不同。     

小麦锈菌群体毒性结构和变异

本文以小麦锈菌群体毒性结构和变异方面的研究进展为例,评介了植物—病原菌群体遗传学的原理和方法。采用单基因系作鉴别寄主后,就能够确定锈菌毒性基因组成及其频率。Groth 提出的理论模型描述了品种变动所引起的锈菌毒性频率的变化,但小麦秆锈菌二十余年的田间标样分析表明,毒性变化状况更为复杂,寄主抗病性也并非影响毒性变化的唯一因素。Vanderplank 用定向选择和“稳定化选择”解释病菌毒性频率的变化,但大量精细实验和小种鉴定结果提供了不利于这一假说的证据。虽然由于人们对植物和病原菌群体间相互作用的遗传学和生物学细节知之甚少,现在还不能对此得出最终结论,但这不表明 Vanderplank 可能是完全正确的。     

控制小麦条锈病的现状与设想

针对抗条锈病品种因新小种变异而丧失抗性的世界性难题,基于仅采用抗病品种控制小麦条锈病而加剧“新抗源——新小种”互为因果和殊死抗争的现状,提出通过筛选、创选和启用感病丰产材料并创造“小麦——条锈菌”相安无事生存的设想,本文着重论述了“小麦——条锈菌”相安无事育种控制策略设想的可行性,旨在为长期困扰人类的锈病问题寻找一条新的解决途径．     

十三年小麦品种抗叶锈性鉴定工作进展(1973—1986)

本文是十三年来小麦品种抗叶锈性鉴定工作的系统总结。十三年来在温室和田间共测定了小麦材料6798份(次),鉴定出一批抗叶锈病的中间材料和抗源,为培育和推广抗锈良种提供了抗锈材料,并提出应压缩种植面积的感病品种,和不应采用的感病材料,对生产和抗病育种有积极的指导意义。在理论和方法上指出了测定品种抗锈性时应有群体观念,应研究品种与锈菌群体的关系。提出了生态类群概念和指出测定抗锈性时应注意在不同生态条件下形成的锈菌的群体毒性可能不同。此外还提出不仅研究个体品种的抗锈性,还应研究几个品种的联合抗病性等,为提高抗病育种的功效,提供了理论依据和新的工作方法。     

小麦品种抗性多样化中寄主群体抗性量化的研究

 在一个地区范围内利用病原群体毒性及寄主群体抗性的观点,可把多个具不同抗锈性小麦品种在不同布局条件下,将其整体抗性加以综合量化,其结果在预测预报小麦锈病流行强度的研究中,有助于品种抗性因子对锈病流行强度所产生干扰作用的大小能够量化进入预测式.     

WHEAT STRIPE RUST AND INTEGRATION OF SUSTAINABLE CONTROL STRATEGIES IN CHINA

• Stripe rust caused substantial yield losses in China. • P. striiformis is highly variable and the change from avirulence to virulence. • Different comprehensive control strategies were adopted in different epidemic region. Stripe (yellow) rust caused by Puccinia striiformis f. sp. tritici occurs in almost all wheat-producing regions of the world. Severe countrywide epidemics in China have caused substantial yield losses. Growing resistant cultivars is the best strategy to control this disease but the pathogen can overcome resistance in wheat cultivars. The high variation in the virulence of the pathogen combined with the large areas of susceptible wheat cultivars enables the pathogen population to increase rapidly and disperse over long distances under favorable environmental conditions, resulting in severe pandemics within cropping seasons. Current stripe rust control measures are based on many years of research including the underlying epidemiology regarding year-to-year survival of the pathogen, pathways of pathogen dispersal within seasons and years, the role of P. striiformis sexual hybridization, the use of resistance sources in breeding programs, and year-round surveillance of national wheat crops that are present in different parts of the country throughout the year. All these strategies depend on accurate prediction of epidemics, more precise use of fungicides to meet national requirements and better deployment of resistance genes. New ideas with potential application in sustainable protection of stripe rust include negative regulatory gene editing, resistance gene overexpression and biological control based on microbiomes.     

小麦条锈菌致病性及其变异研究进展

小麦条锈病（wheat stripe rust or yellow rust）是一种气传性的低温真菌病害,在所有小麦产区均可暴发流行,造成巨大的产量和经济损失,严重威胁着小麦的安全生产。其病原条形柄锈菌小麦专化型（Puccinia striiformis West. f. sp. tritici Eriks. & Henn.,Pst）为严格专性寄生真菌,致病性变异频繁,常造成小麦品种抗条锈性“丧失”,引发病害大流行。因而,从20世纪50年代起,条锈菌致病性变异的研究一直备受关注,并已开展了大量的研究工作。本文从小麦品种抗病性丧失、条锈菌致病性变异途径、条锈菌群体遗传、条锈菌基因组和功能基因组以及条锈菌效应蛋白等不同方面概述了近年来取得的重要研究进展,提出了未来条锈病防治上面临的问题和挑战;以期通过准确预测条锈菌优势小种、合理利用和布局抗病基因、利用新策略创制新型持久广谱抗病材料,不断优化和完善小麦条锈病综合治理技术体系,实现小麦条锈病可持续控制。     

中国小麦条锈病综合治理理论与实践

小麦条锈病是影响小麦安全生产的重要生物灾害。文中介绍了全国小麦锈病工作者通过60多年通力协作,对小麦条锈病综合治理理论和技术研究取得的显著成绩,系统揭示了中国小麦条锈病的越冬、越夏规律、菌源传播规律、病菌致病性变异途径以及品种抗病性“丧失”的规律与原因,发现中国小麦条锈病存在秋季菌源和春季菌源2大菌源基地。提出了“综合治理越夏异变区、持续控制冬季繁殖区和全面预防春季流行区”的病害源头治理策略,研发出小麦条锈病分子诊断、异地测报以及抗锈良种、药剂拌种、退麦改种、适期晚种和带药侦查、打点保面等一系列病害监测预警和关键防治技术,构建了以生物多样性利用为核心的中国小麦条锈病菌源基地综合治理技术体系,在生产上大规模推广应用,防病保产效果极其显著。文中并对病菌致病性变异机制、早期预警和越夏易变区生态治理等问题进行了讨论。     

Large shifts in pathogen virulence relate to host population structure

Theory on the evolution of virulence generally predicts selection for an optimal level of virulence determined by trade-offs with transmission and/or recovery. Here we consider the evolution of pathogen virulence in hosts who acquire long-lived immunity and live in a spatially structured population. We show theoretically that large shifts in virulence may occur in pathogen populations as a result of a bistability in evolutionary dynamics caused by the local contact or social population structure of the host. This model provides an explanation for the rapid emergence of the highly virulent strains of rabbit hemorrhagic disease virus.     

中国小麦叶锈菌群体的毒性基因分析

 1986-1991年间，利用已知抗叶锈病基因的小麦近等基因系（或单基因系）作鉴别寄主，首次采用毒性基因频率、毒性因子（FV）、毒性值（VV）和Shannon-Wiener多样性指数等反映群体水平的参数，对我国小麦叶锈菌的毒性基因结构、频率、时间动态、空间格局及不同生理小种毒性基因的异质性等进行了比较分析。结果表明，毒性基因 V2a、V9、V15、V19、V24、V28、V29的出现频率较低（小于30%），其对应的抗性基因为目前我国小麦叶锈菌的有效抗病基因；V1、V3ka、V10、V26的频率处于升高的趋势，V2a、V15的频率有下降的趋势；不同地区叶锈菌群体的毒性因子、毒性值和毒性基因组合的多样性明显不同，我国和北美的叶锈菌至少存在4-5个毒性基因的差异；不同生理小种的毒性基因结构差异显著，叶中3号不具备V26基因，叶中34号不具有V1、V14a、V17和V27基因，而叶中4号携带有这些毒性基因。文中还对利用近等基因系作鉴别寄主的优点进行了讨论。     

我国稻瘟病菌的遗传多样性及其地理分布(英文)

用重复序列探针ＭＧＲ５８６与限制性内切酶ＥｃｏＲ１组合,分析了在我国１９８０～１９９６年期间的１７省（市）１４６个不同稻区４７５个稻瘟病菌株（下简称菌株）的限制性片段长度多态性（ＲＦＬＰｓ）,依其ＭＧＲ－ＤＮＡ指纹（下简称指纹）的相似率,结合病菌的致病性测定,将表现为４８个不同致病型的４７５个菌株区分为５６个谱系,每个谱系的寄主范围有限,且与不同稻区稻瘟病的群体结构差异明显．菌株的指纹分析和致病性测定结果表明,稻瘟菌有远距离传播的可能性,并在适宜的气候和人工接种条件下,草瘟菌和稻瘟菌可彼此互交．文中,作者还分析了不同稻区稻瘟菌谱系和毒性之间的关系,以期明确该菌的致病性变异及其演化过程,为改进种质资源的筛选方法和持抗育种的程序提供科学依据．